牽引車、拖車牽引機構坡道通過性研究

（安徽合力股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 前言

目前牽引車和拖車被廣泛應用到各種物流行業，例如火車站物流轉運系統、機場物流轉運系統、港口物流轉運系統等；這些物流系統往往要經過下穿隧道，即牽引列車需要通過較大的坡道。如果拖車上的牽引機構和牽引車上的牽引機構匹配不合理，在運行過程中通過較大的坡道時，會影響牽引列車運行性能。通過對拖車牽引機構和牽引車牽引機構研究，優化牽引機構最優匹配關系。

2 牽引車和拖車牽引機構結構和工作原理

牽引車牽引拖車工作時，通常以組合列車工作方式進行，即一輛牽引車牽引一臺或多臺拖車；牽引車牽引機構和拖車牽引機構是保證組合列車能夠正常運行重要機構。牽引車牽引機構主要包括牽引座、牽引銷和牽引操縱機構。拖車牽引機構主要包括回轉橋、連接銷、牽引桿總成、板簧調節機構。牽引車牽引拖車工作原理是：拖車牽引機構中牽引桿上的連接孔掛接在牽引車牽引銷上，牽引桿總成通過連接銷與回轉橋連接，其中牽引桿總成通過連接銷能夠實現上下擺動，即牽引車牽引拖車可以通過一定坡道；拖車回轉橋上帶回轉支承，可以實現轉向功能。板簧調節機構一端安裝在回轉橋上另一端安裝在牽引桿總成上，主要作用用于調節拖車牽引桿總成高度，保證拖車牽引桿總成高度與牽引車牽引中心高度保持一致，以便牽引車與拖車順利脫掛。駕駛員通過操作牽引操縱機構來實現牽引車與拖車脫掛。通過上述機構牽引車牽引拖車工作時能夠通過一定坡道和實現轉向功能（如圖1所示）。

圖1 牽引車、拖車牽引機構結構及工作簡圖

3 影響牽引車牽引拖車坡道通過性主要因素

影響牽引列車的坡道通過性因素很多，下面從牽引車、拖車牽引機構的結構和工作原理來分析影響牽引列車的坡道通過性主要因素。牽引車在水平路面上牽引車拖車時，由于拖車牽引桿的中心高度與牽引車的牽引座的中心高度處于同一高度位置，牽引桿連接孔與牽引銷能夠保持一定間隙，此間隙一般為4～5mm；該間隙不能太小，小了不方便牽引車對銷；間隙不能太大，太大了牽引桿與牽引銷撞擊頻率會增大，容易引起牽引銷或牽引桿損壞。牽引車牽引拖車過坡道時最嚴重的狀態是：拖車仍處于水平路面上，牽引車已處于坡道上，此時拖車的牽引桿和拖車的回轉橋之間形成一定角度（如圖2所示），拖車牽引桿連接孔和牽引銷之間形成一定角度，當拖車牽引桿連接孔和牽引銷之間夾角達到一定值時，牽引桿連接孔和牽引銷之間會產生干涉現象（如圖3所示）。通過牽引車、拖車坡道工作狀態簡圖可發現拖車牽引桿連接孔和牽引車的牽引銷之間夾角越小，此時牽引桿上的連接孔和牽引車的牽引銷干涉的可能性就越小。影響拖車牽引桿連接孔和牽引車的牽引銷之間角度相關結構有：牽引桿連接孔直徑、牽引銷直徑、坡道角度、回轉橋中心到連接銷的中心水平距離、牽引桿總成工作長度、牽引桿厚度（如圖4所示）。

圖2 牽引車、拖車坡道工作狀態簡圖

圖3 牽引銷和牽引桿坡道工作狀態簡圖

圖4 牽引桿簡圖

4 建立數學模型和分析

根據牽引車牽引拖車結構和工作原理建立運動簡圖和相關參數設定（如圖5所示）。

圖5 牽引車、拖車牽引機構運動簡圖

相關參數定義：

D：牽引桿連接孔直徑

d：牽引車牽引銷直徑

α：坡道角度

θ：連接銷中心到前輪與地面接觸點連線與水平面夾角

β：拖車牽引桿總成與坡道夾角

h：牽引桿總成水平狀態中心與地面高度

L1：回轉橋中心到連接銷中心水平距離

L2：牽引桿總成工作長度

t：牽引桿厚度

L：拖車牽引機構總的工作長度（L=L1+L2）

要保證牽引車牽引拖車通過α度坡道時牽引桿連接孔和牽引車的牽引銷不干涉，必須滿足的條件是：拖車牽引機構中的牽引桿連接孔直徑孔徑D減去牽引桿厚度在坡道上的投影尺寸要大于或等于牽引車牽引銷的直徑d，即D-t×tanβ≥d。

相關數學模型：

由上述數學模型可推導出β與D、d、t、L1、L2以及α之間的關系。

拖車牽引機構總的工作長度一般是根據拖車寬度和前懸來確定，一般是定值。從式（7）、式（8）可以看出β值與h、L1、θ、α、L2參數有關，其中β值與h、L1、θ、α成一定條件下的正比例關系，與L2成反比例關系，因此減小β值就可以提高牽引列車坡道的通過性。

通過excel表格可進行參數設定和計算，表1為實例計算結果（設 D=50mm；d=45mm；α=15°；t=40mm；h=450mm）。

表1 實例中長度的計算結果

5 結論

通過對牽引車、拖車牽引機構研究，可以對已確定的牽引機構相關參數進行設定，對不確定參數進行優化，得到較為準確設計數據；對設計準確性和設計效率有一定指導意義。另外采用優化后的參數可以快速測算出牽引列車所能通過的坡道能力。